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Musikinstrument mit Tonerzeugung durch elektrische Schwingungskreise
Bekanntlich kann man mit Hilfe von rückgekoppelten Röhrengeneratoren Wechselströme
von Tonfrequenz erzeugen, welche durch besondere Indikatoren (Telephon, Lautsprecher)
in Schallwellen umgewandelt werden können. Bereits von verschiedenen Seiten. wurde
versucht, unter Verwendung eines Schwingungskreises, welcher ein während des Spielens
unverändertes Element (z. B. die Induktivität} enthält, während die ergänzenden
Abstimmelemente (z. B. Kondensatoren) durch eine Tastatur der Tonhöhe entsprechend
angeschaltet werden, elektrische Tasteninstrumente zu bauen. Von solchen Instrumenten
ist jedoch zu verlangen, daß nur dann, wenn eine Taste gedrückt wird, ein Ton erklingt.
Bei den bisher bekannten Anordnungen ist diese Bedingung noch nicht erfüllt. Das
dauernd am Generator angeschaltete Schwingungskreiselement (Induktionsspule) besitzt
ja an sich schon eine Eigenfrequenz, denn es ist nicht möglich, eine Spule vollständig
kapazitätsfrei zu wickeln, so daß auch bei ruhenden Tasten ein störender Dauerton
entsteht, welcher eine Verwendung des Instrumentes unmöglich macht.
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Die Erfindung gibt Schaltungen an, welche die Entstehung eines Tones
bei ruhenden Tasten vermeiden, und zwar sowohl bei einstimmigen Instrumenten als
auch bei mehrstimmigen, bei denen mehrere Töne zugleich auf ein und derselben Tastatur
gespielt werden können. Die hierzu nötige Schaltungsweise ist in den Abbildungen
schematisch dargestellt. Es ist zweckmäßig, die Einrichtung in folgende drei Hauptteile
zu gliedern.
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i. Der Generator, der Schwingungserzeuger im engeren Sinne - (in den
Abb. i und 2 mit G, in Abb. 3 mit Gl- und G2 bezeichnet).
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2. Die Schaltung der Kontakte und Abstimmelemente M bzw. M' und M2.
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3. Der Indikator, das Organ für die Umwandlung des tonfrequenten Stromes
in Schallwellen J bzw. J1 und 12.
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Die Schaltung und Wirkungsweise von rückgekoppelten Röhrensendern
ist zur Genüge bekannt. Auf den Generator braucht daher an dieser Stelle nicht weiter
eingegangen zu werden.
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Jedes Abstimmelement der Schaltung i bis 18 kann für sich durch eine
Kontaktvorrichtung ig bis 36 betätigt, z. B. durch Tasten 37 bis ¢g so eingeschaltet
werden, daß es zu einem der Grundabstimmelemente des Generators parallel oder in
Reihe liegt. (Im Beispiel der Abb. i parallel zur Spule des Gitterkreises 5o, im
Beispiel der Abb. 2 in Reihe zur Spule des Gitterkreises 52, im Beispiel der Abb.
3 steht es frei, eine Parallelschaltung im Gitter- oder Anodenkreise anzunehmen.)
Man kann daher durch wechselndes Einschalten der einzelnen Elemente entsprechend
wechselnde Töne erzeugen. Als Abstimmelemente kommen Spulen, Kondensatoren oder
Widerstände in Frage. Ist keins der Abstimmelemente eingeschaltet, so erregt sich,
falls nicht eine Vorkehrung zur Verhinderung getroffen ist, die Eigenfrequenz des
Grundabstimmelementes (in Abb. i z. B. der
Spulen 5o und 5i). Gemäß
der eingangs aufgestellten Bedingung soll aber in diesem Fall der Generator schweigen.
Es muß also dafür Sorge getragen werden, daß auch die Eigenschwingungsenregung der
Kathodenröhre und des Grundabstimmelementes unterbunden wird. Dieses kann auf folgende
Weise erreicht werden.
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i. Es werden die primären Schwingungen im Anodenkreise ohne Aufhebung
des Anodengleichstromes erstickt, indem man die primäre Selbstinduktionsspule 51
und 53 kurzschließt.
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a. Es werden die sekundären Schwingungen im Gitterkreise durch Kurzschluß
der Gitterspule 5o, 52 erstickt.
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Die Wirkung ist ein sofortiges Aussetzen der Schwingungen. Beim Aufheben
des Kurzschlusses spricht der Generator sofort wieder an. Diese Schaltungen stellen
ein bisher noch nicht bekanntes Tastverfahren für Röhrengeneratoren dar.
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In den in Abb. i und 2 dargestellten Beispielen ist der Fall gewählt,
daß die Schwingungen durch einen Kurzschiuß im Gitterkreise erstickt werden. Abb.
3 ist in dieser Hinsicht allgemeiner gehalten und läßt das Beispiel eines Kurzschlusses
sowohl -im Gitter- wie im Anodenkreise zu.
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Die Öffnung und Schließung der Kontakte Wird zweckmäßig durch Tasten
37 bis 49 bewirkt, die jedesmal beim Nieder- und Hochgehen zwei Stromwege schalten,
den für die Abstimmelemente und den für das An- und Abstellen des Generators. Die
Abbildungen lassen diese Anordnung deutlich erkennen.
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Das Wesen der Erfindung beruht darauf, daß der Kurzschlußweg über
iig Reihe geschaltete Ruhekontakte geleitet wird. So bilden in Abb. i die Ruhekontakte
ig bis 23 bei nicht gedrückten Tasten eine durchgehende Reihenleitung, durch welche
die Gitterspule 5o kurzgeschlossen wird. Erst beim Drücken einer beliebigen Taste
wird der Kurzschluß unterbrochen.
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Den Tasten und ihrer Anordnung ist je nach dem Verwendungszweck eine
entsprechende Gestalt zu geben, z. B. die einer Klavier- oder Schreibmaschinentastatur.
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Die Einrichtung, wie sie bisher beschrieben worden ist, gestattet
nur ein einstimmiges Spiel, d. h. es kann auf einmal nicht mehr als ein Ton hervorgebracht
werden. Um zwei und mehr Töne gleichzeitig zu erzeugen, wird eine ebensolche Anzahl
von Generatoren, Abb.3 G1 und G2, jeder mit einem Indikator 11 und 12 an
ein Kontakt- und Tastensystem angeschlossen. Dieses muß für jeden Generator einen
eigenen Satz Abstimmelemente und Kontakte, Abb. 3 Ml und M2, enthalten, welch letztere
bewirken, daß beim Niederdrücken nur einer Taste nur der erste Generator anspricht,
bei zwei Tasten der erste und zweite usw. Alle so zusammengehörigen Schwingungssysteme
sind für jede einzelne Taste auf gleiche Frequenz abgestimmt.
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Der Vorgang der Tonerzeugung ist nun aus den in den Abbildungen dargestellten
Beispielen zu erkennen. Die Anordnung des Kontaktsystems bei nur einem Generator
geht aus den Abb. = und 2 hervor. Die Kurzschlußleitung, durch welche die Unterbrechung
der Schwingungserzeuger bewirkt wird, ist über sämtliche hintereinandergeschaltete
Tasten geführt, so daß sie beim Niederdrücken irgendeiner Taste geöffnet wird. Die
Tasten sind daher in einer gewissen Abhängigkeit voneinander, durch welche es unmöglich
gemacht ist, auf zwei Tasten zugleich den Generator zu erregen. Werden zwei Tasten
gedrückt, so arbeitet immer nur die mehr rechts gelegene, während sämfliche links
befindlichen totgelegt sind. In gleicher Weise ist in Abb.3 der Arbeitsvorgang des
Systems G1, Ml zu denken, wobei nur »unten« zu setzen ist, wo es bei Abb. i »rechts«
heißt, und »oben«, wo im Beispiel der Abb. i »links« steht: Es hat also Taste 45
mit Kontakt 27 den Vorrang vor den Tasten 46-49 mit den Kontakten 28-3i, Taste 46
vor 47-49 usw. Für den zweiten Generator G2 tritt in M2 ein anderes System von Kontaktgruppen
32-36 hinzu, welches aber von denselben Tasten 45-49 betätigt wird. Bei diesem zweiten
Kontaktsystem hat infolge umgekehrter Richtung des Anschlusses an den Generator
von zwei gleichzeitig gedrückten Tasten jedesmal die obere den Vorrang vor der unteren;
die obere erhält den Strom, während die untere totgelegt ist. Außerdem sind aber
für den Kurzschlußweg von G2 zwei Reihen von hintereinandergeschalteten Ruhekontakten
vorgesehen. Die eine dieser Reihenleitungen berührt die in der -Abbildung zuoberst
gezeichneten Kontakte jeder Taste, die andere die zuunterst gezeichneten Kontakte
der Tasten 45-48. Hierdurch ist erreicht, daß beim Niederdrücken, nur einer Taste
der Kurzschluß nur eine Ablenkung auf einen Nebenweg erfährt, aber noch bestehen
bleibt. Die einzelne gedrückte Taste bringt also nur G1 und J1 zum Ansprechen. Erst
beim Niederdrücken einer zweiten Taste findet auch in Mz Öffnung des Kurzschlusses
statt, zugleich mit der Einschaltung eines Abstimmelementes. Liegt die zu zweit
gedrückte Taste über der zuerst gedrückten, so arbeitet die erste mit dem ersten
Generator weiter, und es tritt die Frequenz der zweiten im zweiten Generatorsystem
hinzu. Liegt dagegen die zweit gedrückte Taste unter der zuerst gedrückten, so übernimmt
der erste Generator, der vorher auf der oberen Taste arbeitete, die Frequenz der
unteren, der zweite die der oberen Taste und löst somit den ersten Generator ab.
Wird die eine der beiden Tasten wieder losgelassen, so ist im System 2 der Kurzschluß
wieder hergestellt, die Schwingung hört
auf, und es arbeitet nur
noch das System G1, Ml, ,jl auf der Taste, die noch gedrückt ist.
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Für einen dritten Generator zur Erzeugung von drei Tönen gleichzeitig
käme ein drittes Kontaktsystem hinzu, das wieder durch dieselben Tasten gesteuert
würde. Es ist gegenüber dem zweiten System in derselben Weise zu erweitern wie das
zweite gegenüber dem ersten. Bei ihm wird daher der Kurzschlußweg mit Hilfe zweier
zusätzlicher Reihenleitungen von Ruhekontakten zweimal abgelenkt, einmal beim Niederdrücken
der ersten und zweiten Taste, und erst beim Niederdrücken einer dritten Taste geöffnet.
Das einzuschaltende Abstimmelement wird erst durch die Ablenkung des Stromes nach
dem Niederdrücken der zweiten Taste vom Stromweg berührt, beim Öffnen des Kurzschlusses
durch Druck der dritten Taste zur Wirkung gebracht. Die Richtung des Anschlusses
an den dritten Generator ist wieder die gleiche wie beim ersten. Der dritte arbeitet
daher auf der in der Mitte gelegenen der drei Tasten, der erste Generator rechts,
der zweite links.
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In dieser Weise kann mit der Eingliederung weiterer Generatorsysteme
fortgefahren werden, so daß man zu gleichzeitiger Arbeit von vier und mehr Tasten
gelangt. Jedesmal muß der Kurzschlußweg einmal mehr abgelenkt werden, so daß der
Kurzschluß erst beim Niederdrücken der entsprechend höheren Nummer der niedergedrückten
Tasten geöffnet wird. Abwechselnd gibt man den Vorrang in bezug auf Einschaltung
eines Abstimmelementes einer mehr rechts bzw. mehr links gelegenen Taste durch entsprechend
gerichteten Anschluß an den Generator. Werden weniger Tasten gedrückt, als Generatoren
angeschlossen sind, so sprechen nur die Generatoren niederer Nummer - die mit den
einfacheren Kontaktgruppen - an. Wird dann eine Taste mehr gedrückt, so spricht
der Generator der nächsthöheren Nummer an, und es findet gegebenenfalls eine Umordnung
im Arbeiten der Generatoren statt, wie oben für zwei Generatoren ausgeführt wurde.
Ebenso ordnet sich das Arbeiten der Generatoren rückläufig, wenn ein Teil der gedrückten
Tasten losgelassen wird.